高健　刘晓娟

摘要：国内外大型水轮机企业都有雄厚的技术实力，各个水头断均有优秀的转轮。但是每一个电站的水文特性不尽相同，转轮在一般情况下不能直接套用。针对部分直接套用后的转轮，出现能量特性、空蚀性能、水利稳定性下降的情况，从转轮优化改型安全性和成本控制考虑，利用CFD和FEA技术对转轮叶片进行局部优化，是一种比较经济和安全的设计方案。

关键词：CFD;有限元分析;刚强度;混流式水轮机

一、前言

五一桥水电站HLA575C转轮，为上个世纪90年代研制的老型号转轮。由于该转轮在五一桥水电站投运之初，并未经流场分析与转轮刚强度计算，转轮不可避免地在水力设计上存在一些缺陷，导致转轮在运行之中出现过多次叶片裂纹和脱块现象。鉴于此，五一桥公司通过CFD技术，结合有限元分析，对HLA575C转轮及通流部件的内部流场结构、转轮刚强度、转轮动力特性进行计算，提出了转轮叶片局部改型的优化方案。既在原转轮木模图基础上，保持转轮叶片主体型线不变，并结合CFD技术对转轮结构进行优化，将转轮叶片做局部增厚和叶片出水边三角区适当延长;同时利用有限元分析技术，验算改型后的转轮刚强度与动力特性是否满足设计要求，以提高轉轮的性能指标。

二、转轮CFD流动分析

2.1叶片增厚方案

HLA575C转轮叶型改造基于原型号木模图进行，叶片主体形线没有改变，仅是进行了局部强化处理。叶型强化主要对叶片正面后1/3部分进行了增厚处理，并对头部背面进行了局部加厚，最大增厚约4mm～6mm。……